Université · 15 min

Vitesse de réaction et théorie des collisions

Voir A + B → 2C se produire seulement quand les particules ont assez d’énergie ; faire varier température, Ea et catalyseur.

Objectif

Voir que la vitesse dépend de la fraction de chocs d’énergie supérieure à $E_a$ et pourquoi une température plus haute ou un catalyseur accélère la réaction.

Matériel et réactifs

Simulation uniquement, sans réactifs. Les énergies sont réduites (Ea ÷ 8) pour voir les réactions en quelques secondes ; les tendances sont réelles.

Procédure

Lancez le réglage par défaut (300 K, Ea = 50 kJ/mol) et regardez la vitesse d’accumulation de C.
Montez la température à 350 K et comparez.
Activez puis désactivez le catalyseur et montez Ea à 80 kJ/mol.

À observer

La part des chocs qui réagissent est d’environ 2,5 % à 300 K, 3,8 % à 350 K, 15,7 % avec catalyseur et seulement 0,5 % pour Ea = 80 kJ/mol (valeurs théoriques du modèle).
La plupart des chocs ne donnent rien : les particules rebondissent.
Quand A ou B est épuisé, les nombres ne changent plus et la simulation redémarre peu après.

Explication

Un choc ne conduit à la réaction que si l’énergie selon la ligne des centres dépasse $E_a$ . Pour l’agitation thermique, la fraction de tels chocs est proportionnelle à $e^{-E_a/RT}$ , d’où l’équation d’Arrhenius $k = A\,e^{-E_a/RT}$ (le facteur $A$ contient la fréquence des chocs et la géométrie). Augmenter $T$ fait passer plus de chocs au-dessus du seuil et les rend plus fréquents. Un catalyseur offre un autre chemin de plus faible $E_a$ ; il accélère les deux sens sans changer la constante d’équilibre ni $\Delta H$ .

Histoire de l’expérience

L’étude au polarimètre de Wilhelmy sur l’inversion du sucre (1850) fut la première mesure de vitesse de réaction ; la dynamique chimique de van ’t Hoff (1884) relia ensuite vitesse et équilibre. En 1889, Arrhenius remarqua que des données de vitesses très diverses se courbaient de la même façon en fonction de

1/T

et écrivit

k = A\,e^{-E_a/RT}

— l’équation que cette simulation de chocs anime particule par particule.

Chimistes associés

Svante Arrhenius Jacobus Henricus van ’t Hoff

Sujets liés

Vitesse de réaction, ordre de réaction Énergie d’activation, équation d’Arrhenius

Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.